DE3317967C2 - Device for achieving heat transfer between a semiconductor wafer and a platen - Google Patents

Device for achieving heat transfer between a semiconductor wafer and a platen

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Erzielen von Wärmeübergang zwischen einem Halbleiterplättchen und einer Aufspannplatte, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a device for achieving Heat transfer between a semiconductor die and one Platen according to the preamble of claim 1.

Bei der Weiterverarbeitung von Halbleiterplättchen, beispielsweise für die Herstellung integrierter Schaltungen, kommt es manchmal vor, daß die Halbleiterplättchen erhöhten Temperaturen ausgesetzt werden. Diese erhöhten Temperaturen sind wünschenswert für die Diffusion von Verunreinigungen, das Wachstum epitaxialer Schichten, das Auftragen von Metallfilmen hoher Qualität oder das Glühen von metallischen Halbleiterkontakten und dgl. Hierbei ist es erwünscht, Wärmeenergie in gesteuerter und gleichmäßiger Weise aufzubringen. Bei anderen Anwendungsfällen, beispielsweise der Ionenimplantation und dem Ätzen, ist Wärmeenergie ein unerwünschtes Nebenprodukt. In diesen zuletzt genannten Fällen kann es unerwünscht sein, die Halbleiterplättchen auf erhöhten Temperaturen zu lassen, da beispielsweise die zusätzliche Diffusion über vorgeschriebene Grenzwerte oder das Abscheiden von Verunreinigungen an epitaxialen Grenzflächen unerwünscht sind. Außerdem können bei diesen erhöhten Temperaturen Photoresistschichten beeinträchtigt werden. Diese Schwierigkeit wird bei der Herstellung von hochintegrierten und sehr hoch integrierten Vorrichtungen (LSI bzw. VLSI) noch verschärft, da eine große Anzahl von Verarbeitungsschritten nacheinander durchgeführt werden muß. Dabei ist insbesondere gegen Ende der Verarbeitungsfolge eine große Anzahl von dotierten Bereichen, leitfähigen Schichten oder Isolierschichten an der jeweils vorgesehenen Stelle vorhanden, und es ist unerwünscht, diese physikalischen Merkmale durch Wärmebehandlung zu stören. In diesen Fällen sollten die Halbleiterplättchen auf gesteuerte, gleichmäßige Weise gekühlt werden. Es ist also wünschenswert, die Halbleiterplättchen auf erhöhte Temperaturen zu bringen, wenn ein Verfahrensschritt dieses gerade erfordert, und sie im Gegensatz abzukühlen, um zu verhindern, daß hohe Temperaturen erreicht werden, wenn unerwünschte Wärme entsteht.In the further processing of semiconductor wafers, for example for the manufacture of integrated circuits, it happens sometimes before exposing the semiconductor die to elevated temperatures will. These elevated temperatures are desirable for that Diffusion of impurities, epitaxial growth Layers, the application of high quality metal films or that Annealing of metallic semiconductor contacts and the like it is desirable to use thermal energy in a controlled and even manner to apply. In other applications, such as the Ion implantation and etching, thermal energy is one unwanted by-product. In these latter cases it may be undesirable to raise the wafers Let temperatures, for example, the additional Diffusion over prescribed limit values or the separation of Contamination at epitaxial interfaces are undesirable. In addition, at these elevated temperatures Photoresist layers are affected. This difficulty is used in the manufacture of highly integrated and very high integrated devices (LSI or VLSI) still tightened because a large number of processing steps in succession must be carried out. It is especially towards the end of Processing sequence a large number of doped areas, conductive layers or insulating layers on each intended location exists, and it is undesirable to do so disrupt physical characteristics by heat treatment. In these Cases, the wafers should be controlled, be cooled evenly. So it is desirable that Bring semiconductor chips to elevated temperatures when a  Process step this just requires, and they do the opposite cool to prevent it from reaching high temperatures when there is unwanted heat.

Bei früheren Lösungsansätzen zum Erzielen von Wärmeübergang von bzw. zu einem Halbleiterplättchen sind auf Strahlung, Konvektion und Konduktion beruhende Einrichtungen vorhanden gewesen. Halbleiterplättchen sind durch Infrarotbestrahlung der freiliegenden Oberseite erwärmt worden, und man hat Halbleiterplättchen durch eigene Strahlung sich abkühlen lassen. Halbleiterplättchen sind durch Ströme von erwärmtem Gas auf erhöhte Temperaturen gebracht worden. Halbleiterplättchen sind auch induktiv erwärmt worden, während sie auf Probeaufnehmern ruhen. Auch sind Halbleiterplättchen dadurch kühl gehalten worden, daß der Ionenstrahl mit Unterbrechungen geführt und/oder das Halbleiterplättchen zwischenzeitlich auf eine aktiv gekühlte Metallplatte bewegt wurde, was den Durchsatz begrenzt. Die Metallplatte war mit Schmierfett oder Öl beschichtet, auf der das Halbleiterplättchen ruhte, oder es wurde eine elektrostatische Kraft angelegt, die das Halbleiterplättchen gegen eine leicht zusammenpreßbare Oberfläche an der aktiv gekühlten Platte hielt. Hierzu sei z. B. auf die Veröffentlichung von L. D. Bollinger "Ion Milling for Semiconductor Production Processes", Solid State Technology, November 1977 hingewiesen. Diese bekannten Verfahren und Vorrichtungen haben sich beim Kühlen von Halbleiterplättchen nicht als sehr wirksam erwiesen, wenn hohe Ionenflüsse oder hohe Energiepegel auftreten.In previous approaches to achieve heat transfer from or to a semiconductor chip are on radiation, convection and conduction-based facilities have been in place. Semiconductors are made by infrared radiation exposed top has been heated, and one has Allow semiconductor chips to cool down with their own radiation. Semiconductors are made up of flows of heated gas elevated temperatures have been brought. Are semiconductor chips have also been inductively heated while on probes rest. Semiconductors have also been kept cool that the ion beam is guided intermittently and / or that Semiconductor wafer in the meantime on an actively cooled Metal plate has been moved, which limits throughput. The Metal plate was coated with grease or oil on which the Semiconductors were at rest or became electrostatic Force applied the semiconductor die against a slight compressible surface held on the actively cooled plate. For this, z. B. on the publication of L. D. Bollinger "Ion Milling for Semiconductor Production Processes ", Solid State Technology, November 1977. This known method and devices have been used in cooling semiconductor wafers not proven to be very effective when high ion fluxes or high Energy levels occur.

Eine konvex gekrümmte Aufspannplatte, an der ein Halbleiterplättchen festgeklemmt wird, geht aus US-A-4 282 924 hervor, die den Ausgangspunkt bei der Bildung des Oberbegriffs des Anspruchs 1 bildet. Die Kühlleistung dieser Vorrichtung ist durch das Ausmaß der tatsächlichen Berührung der Rückseite des Plättchens mit der wärmeleitenden Oberfläche begrenzt, da auf mikroskopischem Niveau nur kleine Bereiche der beiden Oberflächen (typischerweise weniger als 5%) tatsächlich miteinander in Berührung gelangen.A convex platen on which a Semiconductor die is clamped, is known from US-A-4 282 924 which is the starting point in the formation of the generic term of Claim 1 forms. The cooling capacity of this device is through  the extent of the actual touch of the back of the Limited with the heat-conducting surface, because on microscopic level only small areas of the two surfaces (typically less than 5%) actually in with each other Come into contact.

In US-A-3 566 960 wird die Schwierigkeit einer unzureichenden Berührung zwischen Festkörperoberflächen erwähnt (siehe Spalte 3, Zeile 2 ff.), und es wird ein zirkulierendes gasförmiges oder flüssiges Medium zum Kühlen des Werkstücks in der Vakuumkammer offenbart. Auf der gleichen Linie liegt die Kühlung eines Werkstücks, vorzugsweise eines Halbleiterplättchens durch Gaswärmeleitung in einem Vakuum, wie von M. King und P.H. Rose beschrieben, und zwar in einem Aufsatz "Experiments on Gas Cooling of Wafers", in: Nuclear Instruments and Methods, Bd. 189, 1981, S. 169 bis 173 sowie in US-A-4 261 762. Bei dieser Vorrichtung wird Gas in die Mitte eines Hohlraums hinter ein Halbleiterplättchen eingeführt. Durch das Gas wird eine Wärmekopplung zwischen einer Stützplatte und dem Halbleiterplättchen erreicht, wie das typischerweise bei der Technik der Gaswärmeleitung erfolgt. In der Praxis kommt es jedoch zu endlichen Leckverlusten aufgrund unvollkommener Dichtungen, so daß ein Druckgefälle zwischen der Mitte des Hohlraums und dem Umfang besteht. Da die Wärmeleitfähigkeit in einem Gas proportional zum Druck ist, wird mehr Wärme in der Mitte übertragen, wo höherer Druck besteht, und es ergibt sich ein Temperaturgefälle über das Halbleiterplättchen. Bei gewissen Verfahren, beispielsweise der Metallbeschichtung, führt dies Temperaturgefälle zu einer ungleichmäßigen Verarbeitung, die unter Umständen unerwünscht ist. Da außerdem das Halbleiterplättchen nicht gegen eine Aufspannplatte gepreßt wird, kann es sich wie eine Membran frei bewegen, sobald nennenswerter Druck in den Spalt zwischen der Stützplatte und dem Halbleiterplättchen eingeführt wird. Durch die Bewegung des als Membran wirkenden Halbleiterplättchens nach außen wird der Spalt vergrößert, so daß die Wärmeübertragung abnimmt, was jeglichen Gewinn bei der Übertragung aufgrund erhöhten Gasdrucks wieder aufhebt.In US-A-3 566 960 the difficulty becomes insufficient Contact between solid surfaces mentioned (see column 3, Line 2 ff.), And it becomes a circulating gaseous or liquid medium for cooling the workpiece in the vacuum chamber disclosed. The cooling of one lies on the same line Workpiece, preferably a semiconductor chip Gas heat conduction in a vacuum as described by M. King and P.H. rose in an essay "Experiments on Gas Cooling of Wafers ", in: Nuclear Instruments and Methods, Vol. 189, 1981, pp. 169 to 173 and in US-A-4,261,762. In this device, gas is in the middle of a cavity inserted behind a semiconductor chip. The gas turns one Heat coupling between a support plate and the Semiconductor chips achieved, as is typically the case with the  Technology of gas heat conduction takes place. In practice, however, it does to finite leakage losses due to imperfect seals, see that a pressure drop between the center of the cavity and the Scope exists. Because the thermal conductivity in a gas is proportional to the pressure, there will be more heat in the middle transmitted where there is higher pressure, and it results in a Temperature drop across the semiconductor wafer. With certain Processes such as metal coating do this Temperature drop due to uneven processing, the under Circumstances is undesirable. Since also the semiconductor chip is not pressed against a platen, it can feel like move a membrane freely as soon as there is any significant pressure in the gap inserted between the support plate and the semiconductor die becomes. Through the movement of the membrane Semiconductor wafer outwards, the gap is enlarged so that the heat transfer decreases, which is any gain in the Cancels transmission due to increased gas pressure.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs angegebenen Art mit verbesserter Wirkungsweise zu schaffen.The invention has for its object a device type specified at the beginning with improved mode of action create.

Die gestellte Aufgabe wird durch die Kombination der Merkmale des Anspruchs 1 gelöst und durch die weiteren Merkmale der Unteransprüche ausgestaltet und weiterentwickelt.The task is achieved by combining the characteristics of the Claim 1 solved and by the further features of Subclaims designed and developed.

Bei der Erfindung wird der Wärmeübergang von Festkörper (Halbleiterplättchen) zu Festkörper (Aufspannplatte) mit Gaswärmeleitung unterstützt. In the invention, the heat transfer from solid (Semiconductor plate) to solid (platen) with Gas heat pipe supported.  

Um den Anteil der Gaswärmeleitung zu optimieren, wird der Gasdruck möglichst hoch gemacht, jedoch ohne das Halbleiterplättchen zu verwölben. Dies gelingt durch Einspannen des Halbleiterplättchens an einer Formplatte mit konvexer Oberfläche.To optimize the proportion of gas heat pipe, the gas pressure made as high as possible, but without the semiconductor chip too warp. This is achieved by clamping the semiconductor chip on a shaped plate with a convex surface.

Mit der Erfindung wird also ein Wärmeübergang von bzw. zu einem Halbleiterplättchen durch Gasunterstützung bei Festkörperberührung erreicht. Hierzu wird das Halbleiterplättchen längs eines Umfangs gegen die Form- oder Aufspannplatte gepreßt. Durch dieses Anpressen wird ein ausreichend starker Anlagedruck über die gesamte Unterseite des Halbleiterplättchens erzeugt, so daß der Gasdruck bis zur Größe dieses Anlagedrucks auf die Unterseite des Halbleiterplättchens aufgebracht werden kann, ohne daß sich das Halbleiterplättchen von der Aufspannplatte abhebt. Gas unter beträchtlichem Druck wird in die mikroskopischen Hohlräume zwischen dem Halbleiterplättchen und der Aufspannplatte eingeführt, während der Spalt nahezu unverändert bleibt. Da der Spalt selbst bei hohen Gasdrücken bis zum Niveau der Vorbelastung infolge des Aufspannens schmal bleibt, wird der Wärmewiderstand reduziert und der Wärmeübergang gefördert.With the invention, therefore, a heat transfer from or to one Semiconductors through gas support when touching solids reached. For this purpose, the semiconductor die is along a circumference pressed against the form or platen. Because of this A sufficiently strong system pressure is applied via the entire underside of the semiconductor chip is generated, so that the Gas pressure up to the size of this system pressure on the underside of the Semiconductor wafer can be applied without that Semiconductor chip from the platen. Gas under considerable pressure is placed in the microscopic cavities between the semiconductor die and the platen introduced while the gap remains almost unchanged. Since the Gap even at high gas pressures up to the level of the preload remains narrow due to the stretching, the thermal resistance reduced and the heat transfer promoted.

Im Folgenden wird die Erfindung mit weiteren vorteilhaften Einzelheiten anhand schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:The invention is described below with further advantageous ones Details using schematically illustrated exemplary embodiments explained in more detail. In the drawings:

Fig. 1 eine Darstellung aus der eingangs erwähnten US-A-4 282 924, die eine Vorrichtung für den Wärmeübergang durch Festkörperberührung bei Halbleiterplättchen zeigt; Fig. 1 is a representation from the aforementioned US-A-4 282 924, showing a device for heat transfer by solid state contact in semiconductor wafers;

Fig. 2 eine Darstellung aus der eingangs erwähnten US-A-4 261 762, die eine Vorrichtung zum Abkühlen infolge Gaswärmeleitung zeigt; Fig. 2 is an illustration from the above-mentioned US-A-4 261 762, showing a device for cooling due to gas heat conduction;

Fig. 3 einen Querschnitt durch eine Vorrichtung gemäß der Erfindung; Fig. 3 shows a cross section through a device according to the invention;

Fig. 4 eine Draufsicht auf die Vorrichtung gemäß Fig. 3; FIG. 4 shows a top view of the device according to FIG. 3;

Fig. 5 eine graphische Darstellung des Wärmeübergangs in verschiedenen Gasdruckbereichen; Fig. 5 is a graph of heat transfer in different gas pressure ranges;

Fig. 6 ein Diagramm des Abhebens eines Siliziumplättchens an dessen Mittelpunkt als Funktion des Gasdrucks; 6 is a graph of lifting a silicon wafer at the center thereof as a function of the gas pressure.

Fig. 7 ein Diagramm des Wärmeübergangs von Stickstoffgas als Funktion des Gasdrucks bei einem typischen Halbleiterplättchen, das sich unter dem Einfluß des Gasdrucks abheben kann; Fig. 7 is a graph of the heat transfer of nitrogen gas as a function of gas pressure in a typical semiconductor die that can stand out under the influence of gas pressure;

Fig. 8 ein Diagramin zur Erläuterung des Wärmeübergangs bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung als Funktion des Gasdrucks; Fig. 8 is a Diagramin for explaining the heat transfer in the inventive apparatus as a function of the gas pressure;

Fig. 9 ein Diagramm des Gesamtwärmeübergangs bei einem Halbleiterplättchen mit einem Beitrag durch Festkörperkontakt und einem Beitrag durch Gaswärmeleitung. Fig. 9 is a diagram of the overall heat transfer in a semiconductor wafer with a contribution by solid contact and a contribution by gas heat conduction.

Die Übertragung von Wärme von einem Festkörper an einen anderen ist eine grundlegende Erscheinung beim Wärmeübergang. Die angewandte Terminologie hängt vom jeweiligen Gebrauch ab; aber zur Übertragung gehört immer der Übergang in der einen oder anderen Richtung, d. h. sowohl Erwärmen als auch Abkühlen, siehe z. B. H. Grober et al. "Fundamentals of Heat Transfer", Teil 1 "Conduction of Heat in Solids", 1961. Idealerweise stehen die beiden Oberflächen der jeweiligen sich berührenden Festkörper lückenlos in vollständigem Kontakt. In der Praxis jedoch, beispielsweise bei einem gegen die Oberfläche einer Aufspannplatte gepreßten Halbleiterplättchen, bestehen Unregelmäßigkeiten an den beiden Oberflächen in mikroskopischem Ausmaß. Selbst wenn ein Halbleiterplättchen fest gegen die Aufspannplatte gepreßt wird, ist folglich der tatsächliche Berührungsbereich in mikroskopischem Maßstab deutlich weniger als 10% des Gesamtoberflächenbereichs auf dem Gebiet der Halbleiterproduktion. Das macht den Wärmeübergang von Festkörper zu Festkörper alles andere als den größtmöglichen, insbesondere bei Halbleiterplättchen, die typischerweise im Vakuum weiterverarbeitet werden, wo es keine Beiträge durch Konvektion oder Konduktion zum Wärmeübergang gibt. Die Faktoren, die die Wirksamkeit des Wärmeübergangs von Festkörper zu Festkörper im Vakuum bestimmen, sind von M. G. Cooper et al. in "Thermal Contact Conductance", Int. J. Heat Mass Transfer, Band 12, Seite 279, 1969, beschrieben.The transfer of heat from one solid to another is a fundamental phenomenon in heat transfer. The terminology used depends on the particular use; but for Transfer always belongs to the transition in one way or another Direction, d. H. both heating and cooling, see e.g. B. H. Grober et al. "Fundamentals of Heat Transfer", Part 1 "Conduction of Heat in Solids ", 1961. Ideally, the two stand Surfaces of the respective touching solids without gaps in full contact. In practice, however, for example  one pressed against the surface of a platen Semiconductor chips, there are irregularities on the two Microscopic surfaces. Even if a Semiconductor plate is pressed firmly against the platen, is therefore the actual touch area in microscopic Scale significantly less than 10% of the total surface area in the field of semiconductor production. That makes it Heat transfer from solid to solid anything but that largest possible, especially for semiconductor wafers that typically processed in a vacuum where there is none Contributes to the heat transfer by convection or conduction. The factors affecting the effectiveness of heat transfer from Determine solids to solids in a vacuum are from M. G. Cooper et al. in "Thermal Contact Conductance", Int. J. Heat Mass Transfer, volume 12, page 279, 1969.

Die Fig. 1A bis 1C zeigen eine Halbleiterkühlvorrichtung 10, die innerhalb einer Ionenimplantationskammer angeordnet ist. In der nicht arretierten Stellung befindet sich die Halbleiterplättchen- Kühlvorrichtung 10 in einer Stellung, um ein Halbleiterplättchen 13 aufzunehmen, wie Fig. 1 zeigt, das durch Schwerkraft in einen Schlitz 11 eingeführt wird. Die Vorrichtung 10 wird dann, wie durch einen Pfeil gezeigt, um eine Lagerachse 10 in die senkrechte Stellung nach Fig. 1B gedreht, und zwar senkrecht zur Bahn eines Ionenstrahls. Während des Positionierungsvorganges wird das Plättchen in seiner Stellung durch einen Klemmring gehalten und unter Spannung gegen eine konvex gewölbte Aufspannplatte gebogen. Nachdem die Implantation abgeschlossen ist, wird die Halbleiterplättchen-Kühlvorrichtung, wie es der Pfeil zeigt, um die Lagerachse 12 in die in Fig. 1C dargestellte Position gedreht, um das Halbleiterplättchen 13 entweder durch Schwerkraft oder durch einen Auswerferstift auszustoßen. Figs. 1A to 1C show a semiconductor cooling device 10 disposed within an ion implantation chamber. In the unlocked position, the die cooling device 10 is in a position to receive a die 13 , as shown in FIG. 1, which is inserted into a slot 11 by gravity. The device 10 is then, as shown by an arrow, rotated about a bearing axis 10 into the vertical position according to FIG. 1B, specifically perpendicular to the path of an ion beam. During the positioning process, the plate is held in position by a clamping ring and bent under tension against a convex clamping plate. After implantation is complete, the die cooler, as the arrow shows, is rotated about the bearing axis 12 to the position shown in FIG. 1C to eject the die 13 either by gravity or by an ejector pin.

Als Beispiel für die Technik der Gaswärmeleitung in Anwendung bei Halbleiterplättchen sei noch einmal auf die schon erwähnte Veröffentlichung von M. King und P. H. Rose sowie auf US-PS 4 261 762 verwiesen. Wie Fig. 2 zeigt, wird ein Halbleiterplättchen 21 oberhalb einer Stützplatte 23 angeordnet, wobei zwischen diesen ein Spalt besteht, in dem ein Gas durch einen Gaskanal 22 mit Hilfe der Einrichtungen 25, 26 und 27 eingeführt wird. Wärme wird durch das Gas zwischen dem Halbleiterplättchen 21 und der Stützplatte 23 übertragen. Der Druck des Gases liegt notwendigerweise unterhalb desjenigen Drucks, der das Halbleiterplättchen 21 von der Stützplatte 23 abheben würde, was den grundlegenden Zweck des Wärmeübergangs aufheben würde. Selbst wenn das Halbleiterplättchen 21 fest gegen die Stützplatte 23 geklemmt wird, ist der maximal erlaubte Gasdruck derjenige Druck, bei dem das Halbleiterplättchen 21, das einer dünnen Membrane gleicht, sich im wesentlichen von der Stützplatte 23 weg zu verformen beginnen würde. As an example of the technique of gas heat conduction used in semiconductor wafers, reference is once again made to the aforementioned publication by M. King and PH Rose and to US Pat. No. 4,261,762. As shown in FIG. 2, a semiconductor die 21 is arranged above a support plate 23 , with a gap between them in which a gas is introduced through a gas channel 22 with the aid of the devices 25 , 26 and 27 . Heat is transferred through the gas between the semiconductor die 21 and the support plate 23 . The pressure of the gas is necessarily below the pressure which would lift the semiconductor die 21 from the support plate 23 , which would nullify the basic purpose of the heat transfer. Even if the semiconductor die 21 is clamped firmly against the support plate 23 , the maximum permissible gas pressure is the pressure at which the semiconductor die 21 , which resembles a thin membrane, would essentially begin to deform away from the support plate 23 .

Wie Fig. 6 zeigt, wird die Verformung eines 100 mm Halbleiter­ plättchens bei einem Druck von 1 Torr beträchtlich. Eine sol­ che Verformung wäre also nicht hinnehmbar, da der Wärmeüber­ gang stark verschlechtert würde, wenn sich der Spalt zwischen der Stützplatte und dem Halbleiterplättchen vergrößert. Das ist erkennbar anhand der Kurve a in Fig. 7, wo der Wärmeüber­ gang als Funktion des Drucks für das verformte Halbleiterplätt­ chen gemäß Fig. 6 eingetragen ist. Wenn das Halbleiterplätt­ chen sich in der Mitte zu verformen beginnt, wird die Wärme­ leitfähigkeit für das Halbleiterplättchen rasch verschlechtert. Das Wärmeübergangsvermögen einer reinen Gaswärmeleitungstech­ nik ist also auf dasjenige beschränkt, welches bei Drücken unterhalb ca. 2 Torr erreichbar ist.As shown in FIG. 6, the deformation of a 100 mm semiconductor die becomes considerable at a pressure of 1 Torr. Such a deformation would therefore be unacceptable, since the heat transfer would be greatly deteriorated if the gap between the support plate and the semiconductor plate increased. This can be seen from curve a in FIG. 7, where the heat transfer as a function of the pressure for the deformed semiconductor plate is shown in FIG. 6. When the semiconductor die begins to deform in the middle, the thermal conductivity for the semiconductor die is rapidly deteriorated. The heat transfer capacity of a pure gas heat conduction technology is therefore limited to that which can be achieved at pressures below about 2 torr.

Bei dem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung, welches im Querschnitt in Fig. 3 und in Draufsicht in Fig. 4 gezeigt ist, wird Gas durch eine Leitung 44 in eine ringförmige Vertiefung oder einen Ringkanal 37 eingeführt, der die Ober­ fläche einer Formplatte 36 umschreibt. Durch den Ringkanal 37 wird Gas um den Umfang des Halbleiterplättchens herum in der Nähe derjenigen Stelle eingeführt, an der das Halbleiterplätt­ chen an der Oberseite festgeklemmt und von unten abgedichtet (mit 45) ist. Der Kontaktdruck zwischen der Oberfläche der Formplatte 36 und der Rückseite eines Halbleiterplättchens 41 wird durch das Aufbringen einer Spannkraft von Seiten einer Klemmeinrichtung 42 erzeugt. Dieser Druck ist so gewählt, daß er unterhalb desjenigen Drucks liegt, bei dem das Halbleiter­ plättchen 41 brechen würde, ist jedoch stark genug, um hinter dem Halbleiterplättchen einen bedeutenden Gasdruck aufnehmen zu können. Wenn Gas unter Druck von einer Quelle 43 durch ein Ventil 40 und die Leitung 44 in den Ringkanal 37 eingeführt wird, füllt es die mikroskopischen Hohlräume in der Grenzflä­ che zwischen der Unterseite des Halbleiterplättchens 41 und der Oberseite der Formplatte 36. Wenn Gas eingeführt wird, wird ein Teil des Drucks, der das Halbleiterplättchen in gekrümmter Gestalt hält, nunmehr von dem Gas geliefert. Wenn der Druck steigt, wird noch mehr der auf das Halbleiterplättchen wirken­ den Kraft von dem Gas innerhalb der mikroskopischen Hohlräume beigetragen, während ein geringerer Teil der Kraft von der Festkörperberührung des Halbleiterplättchens mit der Ober­ fläche der Formplatte beigetragen wird. Selbst bei erhöhtem Gasdruck bleibt das Halbleiterplättchen an Ort und Stelle, und zwar so lange, bis der Gasdruck dem Vorbelastungsdruck gleicht. Dann ist das Halbleiterplättchen nicht mehr vollkom­ men von der Formplatte abgestützt, sondern hebt sich von den Spitzen der Festkörperoberfläche ab. Das Halbleiterplättchen beginnt also sich wie eine Membran zu verhalten, die unter dem aufgebrachten Gas Biegungen unterliegt. Grundsätzlich gleicht der Gasdruck die von der Klemmeinrichtung 42 aufge­ brachte Kraft aus, und das Halbleiterplättchen schwebt ober­ halb der Oberfläche der Formplatte. Jede Drucksteigerung über dieses Niveau hinaus ist vergleichbar mit dem Aufbringen gleicher Drucksteigerungen auf ein Halbleiterplättchen, welches nicht unter Vorbelastung steht. Wie Fig. 6 zeigt, beginnt sich also unter dem Aufbringen von nur 1 bis 2 Torr Überdruck das Halb­ leiterplättchen zu verformen, und die Wärmeleitfähigkeit wird stark verschlechtert. Dies ist durch den Teil c in Fig. 8 kenntlich gemacht, wo die Nettowärmeübertragung bei der Vor­ richtung gemäß der Erfindung rapid absinkt, wenn der Druck den Kontaktdruck der Vorbelastung übersteigt.In the embodiment of the device according to the invention, which is shown in cross section in Fig. 3 and in plan view in Fig. 4, gas is introduced through a line 44 into an annular recess or an annular channel 37 which circumscribes the upper surface of a mold plate 36 . Gas is introduced through the annular channel 37 around the circumference of the semiconductor wafer in the vicinity of the point at which the semiconductor wafer is clamped at the top and sealed from below (at 45 ). The contact pressure between the surface of the mold plate 36 and the back of a semiconductor die 41 is generated by the application of a clamping force on the part of a clamping device 42 . This pressure is chosen so that it is below the pressure at which the semiconductor chip 41 would break, but is strong enough to be able to take up a significant gas pressure behind the semiconductor chip. When gas is introduced under pressure from a source 43 through a valve 40 and line 44 into the annular channel 37 , it fills the microscopic cavities in the interface between the underside of the die 41 and the top of the mold plate 36 . When gas is introduced, part of the pressure that holds the die in a curved shape is now supplied by the gas. As the pressure increases, more of the force on the semiconductor die is contributed by the gas within the microscopic cavities, while less of the force is contributed by the solid state contact of the semiconductor die with the upper surface of the mold plate. Even with increased gas pressure, the semiconductor die remains in place until the gas pressure equals the preload pressure. Then the semiconductor chip is no longer fully supported by the mold plate, but stands out from the tips of the solid surface. The semiconductor wafer therefore begins to behave like a membrane which is subject to bending under the gas applied. Basically, the gas pressure balances the force exerted by the clamping device 42 , and the semiconductor chip floats above the surface of the mold plate. Any increase in pressure above this level is comparable to the application of the same increase in pressure to a semiconductor wafer that is not preloaded. As shown in FIG. 6, the semi-conductor plate begins to deform under the application of only 1 to 2 torr of excess pressure, and the thermal conductivity is greatly deteriorated. This is indicated by part c in Fig. 8, where the net heat transfer in the device according to the invention decreases rapidly when the pressure exceeds the contact pressure of the preload.

Letztendlich beruht die Bestimmung des Wärmeübergangsvermö­ gens einer Aufspannplatte 35 auf der Wärmekapazität des er­ wärmten oder abgekühlten Fluids, welches in Rinnen 38 zirku­ liert. Die Wärmemasse der Aufspannplatte 35 ist ausreichend groß, damit die Aufspannplatte 35 als große Wärmequelle oder -senke für das Halbleiterplättchen 41 erscheint (typischerweise hat das Halbleiterplättchen eine Masse von ca. 4 g).Ultimately, the determination of the heat transfer capacity of a platen 35 is based on the heat capacity of the heated or cooled fluid circulating in channels 38 . The heat mass of the platen 35 is sufficiently large that the platen 35 appears as a large heat source or sink for the semiconductor chip 41 (typically the semiconductor chip has a mass of approximately 4 g).

In der Vorrichtung und dem Verfahren gemäß der Erfindung sind die Vorteile des Wärmeübergangs von Festkörper zu Festkörper mit der Unterstützung des Wärmeübergangs durch Gaswärmeleitung vereinigt. Die Unterstützung durch Gaswärmeleitung kann beträchtlich sein, da sehr bedeutende Gasdrücke erzielt werden können. In the device and the method according to the invention the advantages of heat transfer from solid to solid with the support of heat transfer through gas conduction united. The support through gas heat pipe can be considerable be, since very significant gas pressures can be achieved.  

Wie Fig. 8 zeigt, kann bei einem Vorbelasttungsdruck von 35 Torr der Druck hinter dem Halbleiterplättchen nahezu 35 Torr erreichen, ohne daß das Halbleiterplättchen abgeho­ ben wird. Mit der Vorrichtung gemäß der Erfindung wird eine Berührung von Festkörper zu Festkörper zwischen dem Halblei­ terplättchen und einer Aufspannplatte durch Vorbelastung des Halbleiterplättchens gegen die Aufspannplatte erreicht, um einen großen, vorzugsweise gleichmäßigen Berührungsdruck über das Halbleiterplättchen hinweg zu erzielen. Dieser liegt ty­ pischerweise im Größenordnungsbereich von 30 bis 50 Torr, kann aber auch niedriger oder höher sein. Die Obergrenze für die Vorbelastung stellt derjenige Druck dar, bei dem einige Halbleiterplättchen brechen würden. Bei äußerer visueller In­ spektion wäre das Halbleiterplättchen eng an die Aufspann­ platte geklemmt zu sehen. Allerdings ist in mikroskopischem Maßstab der in Berührung stehende Bereich immer noch deutlich weniger als 10% des gesamten zur Verfügung stehenden Oberflä­ chenbereichs. Dies ist der Fall, gleichgültig ob die Aufspann­ platte eine metallische oder eine federnd nachgiebige polymere Oberfläche hat. In diese mikroskopischen Hohlräume wird Gas unter Druck eingeführt. Der Druck kann bis zum Niveau der Vorbelastung erhöht werden, da der Druck des Gases in den Hohlräumen die von den Spitzen an der Oberfläche der Aufspann­ platte gelieferte Abhebekraft ersetzt. Im wesentlichen wird der Gasdruck erhöht, während der Spalt zwischen Aufspannplatte und Halbleiterplättchen nahezu unverändert bleibt, so daß ein bedeutender Gasdruck angewandt werden kann, ohne daß sich das Halbleiterplättchen biegt oder abhebt.As shown in FIG. 8, at a bias pressure of 35 torr, the pressure behind the die can reach almost 35 torr without the die being lifted off. With the device according to the invention, solid-to-solid contact between the semiconductor plate and a clamping plate is achieved by preloading the semiconductor plate against the clamping plate in order to achieve a large, preferably uniform, contact pressure across the semiconductor plate. This is typically in the order of 30 to 50 torr, but can also be lower or higher. The upper limit for the preload is the pressure at which some semiconductor wafers would break. With external visual inspection, the semiconductor wafer would be seen tightly clamped to the platen. However, on a microscopic scale, the area in contact is still significantly less than 10% of the total surface area available. This is the case, regardless of whether the platen has a metallic or a resilient polymer surface. Gas is introduced into these microscopic cavities under pressure. The pressure can be increased to the level of the preload, since the pressure of the gas in the cavities replaces the lifting force provided by the tips on the surface of the platen. In essence, the gas pressure is increased while the gap between the backing plate and the semiconductor die remains almost unchanged, so that a significant gas pressure can be applied without the semiconductor die bending or lifting off.

Um den Charakter der Erfindung (Festkörper-zu-Fest­ körper-Wärmeübergang im Zusammenhang mit Gaswärmeleitung) voll­ ständig einschätzen zu können, ist es nützlich, den Mechanis­ mus des Wärmeüberganngs durch die Gaswärmeleitung näher zu be­ trachten. Wie Fig. 5 zeigt, steigt bei niedrigen Drücken die Rate des Wärmeübergangs durch Gasübertragung linear mit dem Druck. Hier nimmt die Dichte des Gases mit zunehmendem Druck zu, und der mittlere freie Weg bleibt lang genug, so daß die Gaskollisionen überwiegend entweder mit dem Halbleiterplätt­ chen oder mit der Aufspannplatte erfolgen. Im wesentlichen wandern die Gasmoleküle zwischen dem Halbleiterplättchen und der Aufspannplatte hin und her. Diese Druckbedingung wird als molekulare Strömung bezeichnet. Je höher der Druck in diesem Bereich ist, umso höher ist der Wärmeübergang zwischen dem Halbleiterplättchen und der Aufspannplatte. Bei den mei­ sten für die Halbleiterproduktion interessierenden Gasen liegt der Bereich molekularer Strömung unterhalb ca. 1 Torr. Bei ausreichend hohen Drücken oder ausreichend großen Zwischen­ räumen zwischen dem Halbleiterplättchen und der Aufspannplatte beginnen die Gaskollisionen überwiegend unter Gasmolekülen auf­ zutreten statt mit dem Halbleiterplättchen oder mit der Auf­ spannplatte. Dies wird als Bereich laminarer Strömung bezeich­ net. Zwischen den Bereichen der molekularen und der laminaren Strömung gibt es einen Übergangsbereich, in dem Eigen­ schaften beider Bereiche vorhanden sind. Dieser Bereich, in dem einige laminare Strömungscharakteristiken gegeben sind, liegt für die meisten bei der Halbleiterproduktion interessie­ renden Gase oberhalb ca. 5 Torr. In diesem Bereich beginnt das Gas sich mindestens teilweise wie ein Fluid zu verhalten, bei dem die Wärmeleitfähigkeit vom Druck unabhängig ist. Sobald also dieser Zustand erreicht ist, bringt eine Druckerhöhung bei einem gegebenen Spalt keinen Vorteil mehr. Der Wärme­ widerstand wird nur durch Reduzieren des Spaltes zwischen dem Halbleiterplättchen und der Aufspannplatte reduziert. Der Über­ gang von molekularer zu laminarer Strömung ist allmählich und erfolgt bei verschiedenen Werten, je nach dem Spalt zwischen Aufspannplatte und Halbleiterplättchen in der Anordnung.In order to be able to fully assess the character of the invention (solid-to-solid body heat transfer in connection with gas heat pipe), it is useful to take a closer look at the mechanism of heat transfer through the gas heat pipe. As shown in Fig. 5, at low pressures, the rate of heat transfer by gas transfer increases linearly with pressure. Here, the density of the gas increases with increasing pressure, and the mean free path remains long enough so that the gas collisions predominantly occur either with the semiconductor plate or with the platen. The gas molecules essentially migrate back and forth between the semiconductor wafer and the platen. This pressure condition is called molecular flow. The higher the pressure in this area, the higher the heat transfer between the semiconductor wafer and the platen. For most of the gases of interest for semiconductor production, the molecular flow range is below approx. 1 torr. At sufficiently high pressures or sufficiently large gaps between the semiconductor plate and the platen, the gas collisions begin predominantly under gas molecules instead of with the semiconductor plate or with the platen. This is called the area of laminar flow. There is a transition area between the areas of molecular and laminar flow, in which properties of both areas are present. This range, in which some laminar flow characteristics are given, is above approximately 5 torr for most of the gases of interest in semiconductor production. In this area, the gas begins to behave at least partially like a fluid in which the thermal conductivity is independent of the pressure. As soon as this condition is reached, increasing the pressure at a given gap no longer brings any advantage. The heat resistance is reduced only by reducing the gap between the semiconductor die and the platen. The transition from molecular to laminar flow is gradual and takes place at different values, depending on the gap between the platen and the semiconductor wafer in the arrangement.

Im laminaren Strömungsbereich ist der Widerstand gegen Wärme­ leitfähigkeit druckunabhängig und spaltabhängig. Diese Ab­ hängigkeit ist in Fig. 7 gezeigt. Der laminare Strömungsbe­ reich oder der Übergangsbereich mit Komponenten laminarer Strö­ mung erzeugt die horizontalen Kurven, wo das Wärmeübergangs­ vermögen vom Druck unabhängig ist. Hier ist der Übergangsbe­ reich (siehe Fig. 5) in den reinen laminaren Strömungsbereich gefaltet. Wenn der Übergangsbereich oder der Bereich reiner laminarer Strömung erreicht ist, wird das Wärmeübergangsver­ mögen bei gegebenem Abstand zwischen dem Halbleiterplättchen und der Aufspannplatte konstant. Dies Verhältnis ist auf dem Gebiet des Wärmeübergangs allgemein anerkannt, siehe z. B. H. Grober et al. "Fundamentals of Heat Transfer", Kapitel 7, "Conduction in Rarefied Gases", S. 150 ff., 1961 und S. Dushman "Scientific Foundations of Vacuum Technique", 2. Auflage, S. 43, 1962. Die Vorrichtung gemäß der Erfindung arbeitet unter dieser Druckbedingung, bei der laminare Strömung vorhanden ist. Um unter dieser Bedin­ gung arbeiten zu können, wird das Halbleiterplättchen längs seines Umfangs mit einer Umfangsklemmkraft festgespannt, wie schematisch in Fig. 3 gezeigt. Dies Festklemmen ist ähnlich wie mit der bekannten Klemmvorrichtung 10 gemäß Fig. 1, hat jedoch einen zusätzlichen Zweck. Beim Stand der Technik wird ein Halbleiterplättchen 13 durch einen Umfangsklemmring ge­ gen eine konvex gekrümmte Aufspannplatte gehalten, um über die ganze Fläche des Halbleiterplättchens eine gute Berührung von Festkörper zu Festkörper zu erreichen. Im Fall der Erfin­ dung wird die Berührung von Festkörper zu Festkörper erzielt und zusätzlich durch die Belastung ein im Durchschnitt enger Spalt zwischen Aufspannplatte und Halbleiterplättchen erzeugt, so daß die optimale Unterstützung durch die Gasübertragung ge­ wonnen wird. Es ist also nicht nur die Wärmeübergangskomponente von Festkörper zu Festkörper vorhanden, sondern auch die Komponente durch Gasunterstützung. Die Vereinigung dieser beiden Komponenten geht aus Fig. 9 hervor, in der die Kurve a die Übertragungskomponente aufgrund des Kontaktes zwischen Auf­ spannplatte und Halbleiterplättchen wiedergibt, während die Kurve b den Beitrag der Gaswärmeleitung und die Kurve c die Nettoübertragung wiedergibt. Wenn der Druck bis zum Vorbela­ stungsdruck angehoben wird, wird die Festkörperkontaktkomponente verringert, bis sich das Halbleiterplättchen abhebt oder der Kontakt mit dem Halbleiterplättchen verlorengeht. Die Gaswärme­ leitungskomponente gemäß Kurve b nimmt mit steigendem Druck zu, bis der Bereich reiner laminarer Strömung erreicht ist, und bleibt dann im wesentlichen konstant mit dem Druck.In the laminar flow area, the resistance to thermal conductivity is pressure-independent and gap-dependent. From this dependency is shown in Fig. 7. The laminar flow area or the transition area with components of laminar flow creates the horizontal curves where the heat transfer capacity is independent of the pressure. Here, the transition area is folded (see Fig. 5) in the pure laminar flow area. When the transition area or the area of pure laminar flow is reached, the heat transfer capacity becomes constant for a given distance between the semiconductor die and the platen. This ratio is generally recognized in the field of heat transfer, see e.g. BH Grober et al. "Fundamentals of Heat Transfer", Chapter 7, "Conduction in Rarefied Gases", p. 150 ff., 1961 and S. Dushman "Scientific Foundations of Vacuum Technique", 2nd edition, p. 43, 1962. The device according to the Invention works under this pressure condition where laminar flow is present. In order to be able to work under this condition, the semiconductor die is clamped along its circumference with a circumferential clamping force, as shown schematically in FIG. 3. This clamping is similar to the known clamping device 10 according to FIG. 1, but has an additional purpose. In the prior art, a semiconductor chip 13 is held by a circumferential clamping ring against a convex platen in order to achieve good solid-to-solid contact over the entire surface of the semiconductor chip. In the case of the inven tion, the contact from solid to solid is achieved and, in addition, an average narrow gap between the backing plate and the semiconductor plate is produced by the load, so that the optimal support is obtained by gas transmission. So there is not only the heat transfer component from solid to solid, but also the component by gas support. The combination of these two components is shown in Fig. 9, in which the curve a represents the transmission component due to the contact between the chipboard and the semiconductor wafer, while curve b represents the contribution of the gas heat pipe and curve c the net transmission. When the pressure is raised to the pre-load pressure, the solid state contact component is reduced until the die lifts or contact with the die is lost. The gas heat line component according to curve b increases with increasing pressure until the area of pure laminar flow is reached, and then remains essentially constant with the pressure.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung hat sich erwiesen, daß Berührungsdrücke durch Vorbelastung von 35 Torr oder mehr ohne weiteres erreichbar sind, so daß entsprechende Gasdrücke er­ zielbar sind, während der enge Spalt erhalten bleibt. Diese Drücke sind ohne weiteres hoch genug, um so etwas wie laminare Strömungscharakteristiken zu bieten (siehe Fig. 5). Die Be­ lastung ermöglicht nicht nur ausreichend hohe Gasdrücke son­ dern reduziert gleichzeitig den Abstand zwischen dem Halblei­ terplättchen und der Aufspannplatte auf ein Minimum, wodurch das Wärmeübergangsvermögen des Gases innerhalb der mikroskopi­ schen Hohlräume zwischen der Aufspannplatte und dem Halblei­ terplättchen erhöht wird. Insgesamt hat die Aufspannplatte konvexe Gestalt. Vorzugsweise hat sie eine glatt feingeschlich­ tete Metalloberfläche, z. B. aus weichem Aluminium. Es hat sich gezeigt, daß eine solche feste Metalloberfläche den be­ vorzugten Wärmekontakt von Festkörper zu Festkörper liefert, d. h. besser geeignet ist als eine federnd nachgiebige polymere Beschichtung. Die Qualität des Wärmekontaktes ist direkt proportional zur Leitfähigkeit des Metalls, umgekehrt propor­ tional zur Härte und proportional zur Häufigkeit der Spitzen, die über die Rauheiten in der Oberfläche hinausstehen, siehe M. G. Cooper, o. a. O. Es können biegsame, wärmeleitfähige Poly­ merisate benutzt werden; aber sie sind insgesamt nicht so hoch zu bewerten. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Krümmung der Aufspannplatte so gewählt, daß sich über das Halbleiterplättchen hinweg bei seiner Vorbelastung ein gleichförmiger Berührungsdruck ergibt.In the device according to the invention, it has been found that contact pressures can easily be achieved by preloading 35 torr or more, so that appropriate gas pressures can be aimed at while maintaining the narrow gap. These pressures are readily high enough to offer something like laminar flow characteristics (see Figure 5). The load not only enables sufficiently high gas pressures but at the same time reduces the distance between the semiconductor platelet and the clamping plate to a minimum, as a result of which the heat transfer capacity of the gas within the microscopic cavities between the clamping plate and the semiconductor platelet is increased. Overall, the platen has a convex shape. Preferably, it has a smooth finely sleeked metal surface, e.g. B. made of soft aluminum. It has been shown that such a solid metal surface provides the preferred thermal contact from solid to solid, ie is more suitable than a resilient polymer coating. The quality of the thermal contact is directly proportional to the conductivity of the metal, inversely proportional to the hardness and proportional to the frequency of the peaks, which protrude beyond the roughness in the surface, see MG Cooper, see above. Flexible, thermally conductive polymers can be used; but overall they are not that high. In a preferred embodiment, the curvature of the platen is selected so that there is a uniform contact pressure across the semiconductor wafer when it is preloaded.

Die Betriebsweise der Vorrichtung gemäß der Erfindung im Ge­ gensatz zur reinen Gasübertragung für den Wärmeübergang gemäß dem Stand der Technik ist aus Fig. 8 zu entnehmen. Wie Fig. 2 zeigt, hat die bekannte Kühlvorrichtung durch Gaslei­ tung einen endlichen Spalt 21 zwischen einem Halbleiter­ plättchen 20 und einer Stützplatte 23. Da es keine Vorspan­ nung gegen eine Formplatte gibt, beginnt bei einigen Torr das Halbleiterplättchen sich zu verformen, was den Spalt vergrößert. Die Wärmeleitfähigkeit fällt dann früh ab, wie Kurve b zeigt. Im Gegensatz dazu steigt die Wärmeleitfähig­ keit für die erfindungsgemäße Vorrichtung noch an, wie Kurve a zeigt, bis der Bereich laminarer Strömung erreicht ist. Wird der Vorbelastungsdruck von 35 Torr überschritten, beginnt sich das Halbleiterplättchen zu verformen, und auch hier nimmt die Wärmeleitfähigkeit abrupt ab, wie die Kurve c zeigt.The operation of the device according to the invention in contrast to pure gas transmission for heat transfer according to the prior art can be seen from Fig. 8. As shown in FIG. 2, the known cooling device has Gaslei tung a finite gap 21 between a semiconductor platelet 20 and a supporting plate 23. Since there is no preload against a mold plate, the semiconductor chip begins to deform at some torr, which increases the gap. The thermal conductivity then drops early, as curve b shows. In contrast, the thermal conductivity for the device according to the invention still increases, as curve a shows, until the area of laminar flow is reached. If the preload pressure exceeds 35 torr, the semiconductor die begins to deform, and here, too, the thermal conductivity decreases abruptly, as curve c shows.

Die mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erzielbare Leistung zeigte sich beim Implantieren eines 3-Zoll-Siliziumhalblei­ terplättchens mit Beschichtung aus Photoresistmaterial mit einem 2 mA As + Ionenstrahl bei 180 keV. Das Siliziumhalblei­ terplättchen war an die Vorrichtung gemäß der Erfindung ange­ klemmt. Luft mit einem Druck von weniger als 30 Torr wurde zwischen die Aufspannplatte und das Halbleiterplättchen ein­ geführt. Es wurde ein Oberflächenbereich von 51 cm² implan­ tiert. Die auftretende Energiedichte lag höher als 6 Watt/cm². Es wurde auf der ganzen Oberfläche des Halblei­ terplättchens keine Verschlechterung des Photoresistmaterials festgehalten.The performance achievable with the device according to the invention showed up when implanting a 3 inch silicon semi-conductor with a coating of photoresist material a 2 mA As + ion beam at 180 keV. The silicon half terplättchen was attached to the device according to the invention stuck. Air was under a pressure of less than 30 torr between the platen and the semiconductor die guided. A surface area of 51 cm² was implaned animals. The energy density that occurred was higher than 6 watts / cm². It was on the whole surface of the half lead platelet no deterioration of the photoresist material captured.

Claims (8)

1. Vorrichtung zum Erzielen von Wärmeübergang zwischen einem Halbleiterplättchen (41) und einer Aufspannplatte (35) in einer Vakuumbearbeitungskammer mit folgenden Merkmalen:
  • a) die Aufspannplatte (35) ist mit einer konvexen Oberfläche zur Aufnahme des Halbleiterplättchens (41) unter Bildung eines Festkörperkontaktes mit der Rückseite des Halbleiterplättchens versehen;
  • b) eine Festspanneinrichtung (42) ist zum Festklemmen des Halbleiterplättchens (41) an seinem Umfang gegen die Aufspannplatte (35) vorgesehen, um einen Vorspannungs-Anlagedruck zwischen Aufspannplatte (35) und Halbleiterplättchen (41) zu erzeugen,
    gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
  • c) eine Gaszufuhreinrichtung (37, 40, 43, 44) ist zur Einführung von Gas in mikroskopische Hohlräume zwischen der Oberfläche der Aufspannplatte (35) und dem Halbleiterplättchen (41) vorgesehen, wobei der Gasdruck einerseits in einem solchen Bereich liegt, in dem die Wärmeleitfähigkeit unabhängig vom Gasdruck ist, und andererseits geringer ist als der Vor­ spannungs-Anlagedruck zwischen der Aufspannplatte (35) und dem Halbleiterplättchen (41), so daß der Festkörperkontakt des Halbleiterplättchens (41) an der Aufspannplatte (35) im wesentlichen aufrechterhalten bleibt.
1. Device for achieving heat transfer between a semiconductor wafer ( 41 ) and a platen ( 35 ) in a vacuum processing chamber with the following features:
  • a) the platen ( 35 ) is provided with a convex surface for receiving the semiconductor wafer ( 41 ) to form a solid-state contact with the back of the semiconductor wafer;
  • b) a clamping device (42) is provided for clamping the semiconductor wafer (41) at its periphery against the clamping plate (35) to generate a bias contact pressure between the clamping plate (35) and semiconductor chip (41),
    characterized by the following features:
  • c) a gas supply device ( 37 , 40 , 43 , 44 ) is provided for the introduction of gas into microscopic cavities between the surface of the platen ( 35 ) and the semiconductor wafer ( 41 ), the gas pressure being on the one hand in such a region in which the Thermal conductivity is independent of the gas pressure, and on the other hand is lower than the voltage before the system pressure between the platen ( 35 ) and the semiconductor plate ( 41 ), so that the solid-state contact of the semiconductor plate ( 41 ) on the platen ( 35 ) is essentially maintained.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die konvexe Oberfläche der Aufspannplatte (35) eine Kontur aufweist, die einen gleichförmigen Anlagedruck über dem Oberflächenbereich des Halbleiterplättchens (41) erzeugt.2. Device according to claim 1, characterized in that the convex surface of the platen ( 35 ) has a contour which generates a uniform contact pressure over the surface area of the semiconductor wafer ( 41 ). 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Festspanneinrichtung (42) auf das Halbleiterplättchen (41) eine Vorspannungskraft aufbringt und damit einen solchen Anlagedruck erzeugt, daß der Gasdruck im Bereich von 0,0066 bis 0,133 bar (5 bis 100 Torr) liegen kann, ohne daß das Halbleiterplättchen abgehoben oder verbogen wird.3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the clamping device ( 42 ) on the semiconductor wafer ( 41 ) applies a biasing force and thus generates such a system pressure that the gas pressure in the range of 0.0066 to 0.133 bar (5 to 100 Torr) can lie without the semiconductor wafer being lifted or bent. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaszuführeinrichtung (37, 40, 43, 44) einen Kanal (44) innerhalb der Aufspannplatte (35) umfaßt, der außen mit einer Gasquelle (43) verbunden ist und in einen offenen, ringförmigen Kanal (37) in der Oberfläche der Aufspannplatte (35) bei einem Radius mündet, der kleiner ist als der des eingespannten Halbleiterplättchens.4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the gas supply device ( 37 , 40 , 43 , 44 ) comprises a channel ( 44 ) within the clamping plate ( 35 ) which is connected to a gas source ( 43 ) on the outside and opens into an open, annular channel ( 37 ) in the surface of the platen ( 35 ) at a radius that is smaller than that of the clamped semiconductor wafer. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Aufspannplatte (35) außerhalb des offenen, ringförmigen Kanals (37) in eine Dichtungseinrichtung (45) eingebettet ist, die Gas gegenüber der Vakuumbearbeitungskammer abdichtet.5. The device according to claim 4, characterized in that the surface of the platen ( 35 ) outside the open, annular channel ( 37 ) is embedded in a sealing device ( 45 ) which seals the gas against the vacuum processing chamber. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufspannplatte (35) in ihrem Inneren Kanäle (38) zur Zirkulation eines Wärmeübertragungsmediums aufweist. 6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the clamping plate ( 35 ) has channels ( 38 ) in its interior for the circulation of a heat transfer medium. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die konvexe Oberfläche der Aufspannplatte (35) metallisch und fein geschlichtet ist.7. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the convex surface of the platen ( 35 ) is metallic and finely finished. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche aus Aluminium besteht.8. The device according to claim 7, characterized, that the Surface consists of aluminum.
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